[发明专利]深冲用铝合金板带的多能场非对称下沉式铸轧制备方法

说明书

 

技术领域

本发明属于金属材料加工领域，具体涉及一种深冲用铝合金板带的多能场非对称下沉式铸轧制备方法，可以实现工业化生产，该方法可广泛应用于铝合金板带的制备。

背景技术

铝合金具有质轻、韧性好、高密封性、耐光性、耐蚀性和良好的可加工性能等一系列的优点，使其成为最受欢迎的冲压材料。近年来，美国、日本等发达国家不断增加对高品质深冲用铝合金板带的研发投入，大幅降低产品成本，提高产品的生产效率和产品质量，并拓展其应用范围，使其在世界冲压产品市场上已占据绝对优势。我国深冲用铝板带主要用于饮料罐、PS 版、防盗瓶盖及空调器散热片等行业，但国产铝合金板带在厚度、尺寸公差、制耳率、深冲性能等方面与国外产品存在明显差距。高质量铝合金板材仍依赖进口，并且进口量在逐年增加，尤其是作为高性能铝材制品生产(如高压电容铝箔、制罐料、飞机结构材料及计算机存储基板等)的深冲用铝板带70%~80%需要进口，因此有必要发展深冲用铝合金板材的先进制备技术，促进我国高技术产业的跨越式发展。

目前，连续铸轧因具有流程短、成本低、产量大等优点已成为铝合金板带坯的主要生产方法之一，但常规连续铸轧板带存在组织不均匀、柱状晶发达、组分偏析等缺陷，各向异性明显，其深冲性能比热轧板带差，因而限制了铸轧板带在冲压制品中的应用，并且铸轧速度偏低（0.8m/min ~1.0m/min），单机生产量小，亟待开发新的连续铸轧工艺。

中南大学毛大恒、聂朝辉、管付如等在铝合金常规铸轧过程中引入电磁场、超声能场、电磁/超声复合能场（在前箱施加超声波），研究发现，电磁、超声等外能场能使铸轧铝合金带坯的晶粒得到细化，力学性能也得到提高。但是，常规铸轧的铸嘴为对称式结构，铸嘴前端与上下轧辊贴合在一起，超声波能场难以引入到凝固前沿，现有方法是通过在铸嘴上板开孔插入工具头才能将超声波能场施加到凝固前沿，这种施加方式使得超声波工具头的倾斜角度小（≤15°），超声波能场对凝固前沿的作用区域小，无法有效传输超声波能量，因此难以获得高品质的深冲用铝合金板带，而且这种方法也无法实现大幅提速，其制备效率较低。

发明内容

本发明在于解决双辊连续铸轧中电磁/超声复合能场的高效利用和提升铸轧速度的问题，提出一种深冲用铝合金板带的多能场非对称下沉式铸轧制备方法，获得性能优良的深冲用铝合金板带，该方法生产流程短、效率高，生产成本低、质量好，适合批量制备深冲用铝合金板带。

一种深冲用铝合金板带的多能场非对称下沉式铸轧制备方法，包括以下步骤：

将精炼好的铝合金熔体经过预热后的高温流道进入前箱，通过下沉式安装的非对称铸嘴引入到具有电磁/超声复合能场的铸轧机辊缝中，保持合适的液面高度，连续铸轧出3.0mm～9.0mm厚的铝合金板带。

在所述步骤中，铝合金熔体温度为710℃～715℃，前箱温度保持在675℃～685℃之间，液面高度保持高出轧制中心线3-5mm。

在所述步骤中，铸嘴上下板不对称，上铸嘴板不与铸轧辊接触，且有一定的空缺，上铸嘴板比下铸嘴板短20mm～30mm。铸嘴采用氧化铝、氧化镁和石棉混合后的压制烧结材料，内表面涂有一层氮化硼。

在所述步骤中，铸嘴安装时其中心面比轧制中心线低3-5mm，铝熔体与下轧辊先接触，且其接触导热面积比传统对称式铸轧增大30%-45%。

在所述步骤中，电磁场通过励磁电流产生，并被引导至凝固前沿，励磁电流为三相电流，换相周期为1个完整波形，电流强度为8A～12A，中心频率为13HZ，随机变化频率范围±2 Hz；辊缝中凝固前沿的所用超声波发生器为倾斜安装，倾斜角度可在20°～60°间自由调整，超声功率为200W～400W，频率为20kHZ±200HZ。。

在所述步骤中，铸轧铝合金板带时速度为1.2 m/min～2.5m/min，辊缝为2.0 mm～8.0mm。

本发明具有如下特点：

1）上铸嘴板不与铸轧辊接触，且有一定的空缺，超声波发生器的工具头更接近凝固前沿，且倾斜角度可自由调整，超声波能场可有效作用于凝固前沿，有利于超声波能场的高效利用。此外，铸嘴的非对称式结构有利于铝合金熔体熔体有害气体（氢气）的排出；

2）铸嘴中心面比轧制中心线比低，铝合金熔体与下轧辊接触导热面积大于常规对称式铸轧，能进一步加大熔体与下轧辊内冷却水的对流换热，其导热速度明显大于常规对称式铸轧，有利于铸轧速度的提升；而且铝合金熔体流入铸轧区时会发生爬坡回流现象，在铸轧区内造成搅拌作用，从而起到细化晶粒的作用。